(57)【要約】  真空紫外線を照射するための誘電体バリア放電ランプにおいて、放電管に飛来する飛散物の付着及びその固化を低減するするために、内部にエキシマ発光のための放電用ガスを封入し、前面ガラスを備えずかつ平坦な面を有する下壁板を通して真空紫外線を下方に照射することを特徴とする放電管（１）と、この放電管の内部に電極（２、３）とを備えた半開放型の誘電体バリア放電ランプにおいて、  この放電管における下壁板の周囲の長側面に位置する壁面を、紫外線を少なくとも５０％以上遮光する遮光部材（４ａ）で構成する。
2011078181.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にエキシマ発光のための放電用ガスを封入し、平坦な面を有する下壁板を通して紫外線を下方に照射する放電管と、この放電管の外部の少なくとも一方に電極を備えた誘電体バリア放電ランプにおいて、  この放電管における下壁板の周囲の長側面に位置する壁面が、紫外線を少なくとも５０％以上遮光する遮光部材で構成されたことを特徴とする誘電体バリア放電ランプ。
【請求項２】
前記遮光部材は遮光率が７０％以上であることを特徴とする請求項１記載の誘電体バリア放電ランプ。
【請求項３】
前記遮光部材は遮光率が９０％以上であることを特徴とする請求項１記載の誘電体バリア放電ランプ。
【請求項４】
内部にエキシマ発光のための放電用ガスを封入し、平坦な面を有する下壁板を通して紫外線を下方に照射する放電管と、この放電管の外部の少なくとも一方に電極を備えた誘電体バリア放電ランプにおいて、  この放電管における下壁板の周囲の長側面に位置する壁面が、当該ランプの点灯時に、前記壁面から放電管の外部に放射される紫外線の平均照度が５０ｍＷ／ｃｍ２以下となるように遮光する遮光部材で構成されたことを特徴とする誘電体バリア放電ランプ。
【請求項５】
この放電管における下壁板の周囲の長側面に位置する壁面が、当該ランプの点灯時に、前記壁面から放電管の外部に放射される紫外線の平均照度が３０ｍＷ／ｃｍ２以下となるように遮光する遮光部材で構成されたことを特徴とする請求項４記載の誘電体バリア放電ランプ。
【請求項６】
この放電管における下壁板の周囲の長側面に位置する壁面が、当該ランプの点灯時に、前記壁面から放電管の外部に放射される紫外線の平均照度が３０ｍＷ／ｃｍ２以下となるように遮光する遮光部材で構成されたことを特徴とする請求項４記載の誘電体バリア放電ランプ。
【請求項７】
内部にエキシマ発光のための放電用ガスを封入し、平坦な面を有する下壁板を通して紫外線を下方に照射する放電管と、この放電管の外部の少なくとも一方に電極を備えた誘電体バリア放電ランプの点灯方法において、  この放電管における下壁板の周囲の長側面に位置する側面から放電管の外部に放射される紫外線の平均照度が、５０ｍＷ／ｃｍ２以下であることを特徴とする誘電体バリア放電ランプの点灯方法。
【請求項８】
前記放電管における下壁板の周囲の長側面に位置する側面から放電管の外部に放射される紫外線の平均照度が、３０ｍＷ／ｃｍ２以下であることを特徴とする請求項７に記載の誘電体バリア放電ランプの点灯方法。
【請求項９】
前記放電管における下壁板の周囲の長側面に位置する側面から放電管の外部に放射される紫外線の平均照度が、１０ｍＷ／ｃｍ２以下であることを特徴とする請求項７に記載の誘電体バリア放電ランプの点灯方法。
【請求項１０】
前記遮光部材は透明部材と遮光膜とを含む構成であることを特徴とする請求項１又は４に記載の誘電体バリア放電ランプ。
【請求項１１】
前記遮光膜は、紫外線遮蔽製を有する酸化物の微粒子を溶剤に混濁させたスラリー（混濁液）の焼成物で構成されることを特徴とする請求項１０に記載の誘電体バリア放電ランプ。
【請求項１２】
前記酸化物の微粒子の一次粒子径が１０〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項１１に記載の誘電体バリア放電ランプ。
【請求項１３】
前記酸化物の微粒子は、酸化イットリウムを主成分とすることを特徴とする請求項１１に記載の誘電体バリア放電ランプ。
【請求項１４】
前記遮光膜は、主として紫外線吸収性による遮光をすることを特徴とする請求項１０に記載の誘電体バリア放電ランプ。
【請求項１５】
前記遮光膜は、膜厚が１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１０に記載の誘電体バリア放電ランプ。
【請求項１６】
前記下壁板を合成石英板で構成する一方、前記下壁板の周囲の四側面の前後方向及び左右方向の両側壁面或いは上壁板を溶融石英板で構成したことを特徴とする請求項１又は４に記載の誘電体バリア放電ランプ
【請求項１７】
前記下壁板の周囲の四側面の前後方向及び左右方向の両側壁面が粗面化された粗面化膜であって、前記粗面化膜は、前記下壁板の周囲の四側面の前後方向及び左右方向の両側壁面が合成石英で構成されると共に、前記下壁板の周囲の四側面の前後方向及び左右方向の両側壁面がフッ酸により粗面化された粗面化膜であることを特徴とする請求項１又は４に記載の誘電体バリア放電ランプ。
【請求項１８】
前記下壁板の周囲の四側面の前後方向及び左右方向の両側壁面が粗面化された粗面化膜であって、前記粗面化膜は、前記下壁板の周囲の四側面の前後方向及び左右方向の両側壁面にサンドブラストが吹き付けられてなることを特徴とする請求項１又は４に記載の誘電体バリア放電ランプ。
【請求項１９】
請求項１又は４に記載の誘電体バリア放電ランプと、  前記ランプ内でエキシマ発光を生じさせるための電力を出力する電源装置と、前記電源装置からの電力を供給するためのリード線とを備えた紫外線照射装置。
【請求項２０】
前記照射装置の被照射対象物の被照射面の一部には、有機ケイ素化合物を含んだ層が形成されていることを特徴とする請求項１９に記載の紫外線照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、真空紫外線を照射するための誘電体バリア放電ランプ、特に放電管の形状が照射側に平坦な面を有する誘電体バリア放電ランプ及びこれを用いた半開放型の紫外線照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、放電管の形状が照射側に平坦な面を有する誘電体バリア放電ランプが知られている（特許文献１、２、３等）。その特徴は、照射光の面内均一性がよく、放電管と照射対象物の間に高価な前面ガラス（特許文献２、図８の窓部１０２に相当）を設ける必要が無いことである。そのため、所定の電源装置に接続することにより低コストで紫外線照射装置を製造でき、照射対象物に直接真空紫外線を照射できる利点がある（特許文献３）。このような前面ガラスの無い、照射対象物に直接真空紫外線を照射できるタイプを半開放型の紫外線照射装置という。この種の誘電体バリア放電ランプは前面ガラスが無いために放電管を収納するランプハウス内の気流等によって種々の飛散物が放電管に付着しやすく、その管壁に付着する結晶化（固化）した付着物（以下、「固化付着物」又は「白粉」という。）によって放電管にダメージを与えるという問題がある。放電管の外壁に付着した付着物は定期的に拭き取って除去することも可能であるが、長時間紫外線に曝されてある程度固化が進むと除去できなくなる。【０００３】  放電管に飛来する飛散物の付着は有機系のＨＭＤＳ（ヘキサメチレンジシラザン）などの、「有機ケイ素化合物」であると考えられる。放電管に付着する白粉は、放電管からの紫外光によって有機ケイ素化合物がシロキサン前駆体に分解されて放電管の外周表面に堆積するために生じ、その白粉が光と熱により酸化及び脱水反応によって重合反応が進み、強固なガラス質の付着膜を形成するものと推察される。白粉の付着は放電管の性能を著しく劣化させる原因となる。また、放電管に付着した白粉が照射装置内の放電管背面或いは側面から流される窒素ガス等によって脱落すれば、放電管がワーク（被照射対象物）の汚染源にもなりうる。【０００４】  特許文献１は、前後を極めて長尺な形状に形成した誘電体バリア放電ランプの放電容器内の前後端壁板や左右側壁板の内面に「真空紫外線保護層」を形成することによって、前後端壁板の劣化を抑えられることを開示している（第１０〜１１段落等）。この真空紫外線保護層は、少なくとも真空紫外線を吸収するか反射するもので構成される（第２０段落等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１２７７１０号公報
【特許文献２】ＷＯ２００７／０１３６０２
【特許文献３】特開２００９−１８３９４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  本発明者らは紫外線の遮光率に対する固化付着物の膜厚の関係を調べたところ、遮光率がある一定値以上において有意にその膜厚が減少する条件を見いだした。まず、固化付着物の膜厚の測定方法について説明する。図１１は、測定装置の概略図である。測定装置６０は、定盤６２と、放電管固定台６３と、マイクロメーター固定台６４と、マイクロメーター６５とを備えている。そして、測定装置６０は、放電管固定台６３及びマイクロメーター固定台６４を定盤６２に、マイクロメーター６５をマイクロメーター固定台６４に、放電管６１を放電管固定台６３にそれぞれ固定して、測定位置がずれないようになっている。マイクロメーター６５は、ＭＩＴＵＴＯＹＯ社製（型名：Ｍ８１０−５０）を用いた。固化付着物の膜厚は、測定装置６０を用いて、まず、付着物の無い点灯前の放電管６１の幅を測定し、次に、放電管６１を平均照度１００ｍＷ／ｃｍ２で点灯して所定時間（１０時間、１００時間、１０００時間）後に放電管６１の幅を測定し、最後に、放電管６１の点灯前の幅と点灯後の幅との差を求めることにより得た。図６は、紫外線の遮光率に対する固化付着物の膜厚の関係を表すグラフである。横軸は紫外線の遮光率をとり、縦軸は遮光率を０〜１００％まで変化させたときの固化（ガラス化）した固化付着物の膜厚［μｍ］を表している。ここで、照射時間１０００時間は、固化が飽和すると考えられる十分な時間である。照射時間１０時間、１００時間、１０００時間の３つのグラフを比較すると、いずれも紫外線遮光率がある程度高くなると急激に固化付着物の膜厚が減少していることが分かる。【０００７】  すなわち、放電管に飛来する飛散物の付着及びその固化を減らすために最も効果的な方法は、放電管に飛散物が付着しても、そこからなるべく固化が進行しないよう遮光することであるという知見が導かれる。この知見によれば、例えば、アルミナ微粒子或いはシリカ・アルミナ混合微粒子などは紫外光を拡散反射する材料として知られ、誘電体バリア放電ランプの反射膜として用いられる例が知られているが、紫外線を十分に遮光することはできない。そのため、遮光が不完全となり、付着した飛散物の固化が進行し、放電管にダメージを与える原因となる。特に、長尺方向（前後方向）の長側面に位置する壁面では、歪みが集中しやすい。【０００８】  本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、真空紫外線を照射するための誘電体バリア放電ランプにおいて、飛来する飛散物の放電管への長側面に位置する壁面への付着の抑制及び固化付着物量を減らすことを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  本発明に係る誘電体バリア放電ランプは、内部にエキシマ発光のための放電用ガスを封入し、平坦な面を有する下壁板を通して紫外線を下方に照射する放電管と、この放電管の外部の少なくとも一方に電極を備えた誘電体バリア放電ランプにおいて、  この放電管における下壁板の周囲の長側面に位置する壁面が、紫外線を少なくとも５０％以上遮光する遮光部材で構成されたことを特徴とする。図６の結果より、固化付着物は紫外線遮光率が約５０％を超えたあたりから減少を始めていることが分かる。【００１０】  本発明に係る誘電体バリア放電ランプによれば、遮光部材で構成した放電管の壁面に飛来する飛散物の付着が抑えられ、かつ固化することを防止することができる。特に、下壁板の周囲の長側面（或いは短側面を含む四側面）に位置する壁面を遮光部材で構成することにより、放電管の照射面に対する側面や上面に飛来する飛散物の付着やその固化が抑えられ、放電管の寿命を向上させることができる。必要により上壁板も同様の遮光部材で構成してもよい。真空紫外線を照射する放電管は、その壁面に飛散物を多く付着するため、大きな効果を期待できる。【００１１】  なお、「下壁板を通して紫外線を下方に照射する放電管」とは、本発明を実施するうえで前提となる放電管の形状を規定したものであり、例えば、「前後に最長であり上下が最短になると共にこの上下で向かい合うほぼ平坦な上下壁板が互いにほぼ平行な形状を有する略方形箱形のもの」、或いは、「細長の円筒において外周壁の円弧の一部を潰して平坦化したようなアーチ状の曲面部と、この曲面部における円弧の両端縁を繋ぐ平板状の平坦部とを備えたもの」など、いずれも前面ガラスの代わりとなる平坦部を有する下壁板を有し、かつその下壁板を通して紫外線が照射されるものが該当する。【００１２】  放電管の壁面を構成する遮光部材の遮光率は高いほど好ましく、７０％以上、例えば９０％以上の遮光率とすれば固化した固化付着物の相対膜厚を飛散物の固化を遮光率０の場合で１０００時間照射した場合の５％以下にまで抑えることができる。【００１３】  ここで、膜厚ｔの膜を透過した光の出力強度Ｉは、入力強度Ｉ０、吸収係数α、膜厚ｔを用いて、      Ｉ＝Ｉ０・ｅ−αｔ            ・・・・・（式１）  （但し、ｅは自然対数の底）と表される。透過率はＩ／Ｉ０と表されるので、遮光率は（１−Ｉ／Ｉ０）と求められる。【００１４】  一般に「遮光」とは、光を遮断するということ意味するので、「反射」や「吸収」、又は「屈折」によって「遮光」を実現する場合は起こりうる。しかし、本発明においては、結果的に真空紫外線を遮光率５０％以上（より好ましくは７０％以上、さらに好ましくは９０％以上）遮断できるものでなければ飛散物の付着やその固化を防止するという効果を得ることはできない点に留意すべきである。また、「遮光部材」とは、光を遮断する部材のことであり、１種類の材料で構成されていてもよいし、２種類以上の材料で構成されていてもよい。【００１５】  また、本発明に係る誘電体バリア放電ランプは、内部にエキシマ発光のための放電用ガスを封入し、平坦な面を有する下壁板を通して紫外線を下方に照射する放電管と、この放電管の外部の少なくとも一方に��極を備えた誘電体バリア放電ランプにおいて、  この放電管における下壁板の周囲の長側面に位置する壁面が、当該ランプの点灯時に、前記壁面から放電管の外部に放射される紫外線の平均照度が５０ｍＷ／ｃｍ２以下となるように遮光する遮光部材で構成されていることを特徴とする。図６の結果より、固化付着物は紫外線遮光率が約５０％を超えたあたり、つまり、放電管の外部へと放射される紫外線の平均照度が５０ｍＷ／ｃｍ２以下となったあたりから減少を始めていることが分かる。つまり、放電管の外部へと放射される紫外線の平均照度が５０ｍＷ／ｃｍ２以下となったあたりから減少を始めていることが分かる。より好ましくは、放電管の外部へと放射される紫外線の平均照度が３０ｍＷ／ｃｍ２以下となるように点灯することが望ましく、さらに好ましくは、１０ｍＷ／ｃｍ２以下となるように遮光する遮光部材で構成されているとよい。なお、平均照度とは、放電管の表面照度を５箇所測定した際の平均値である。後述するように、側壁面の平均照度は、下壁板の平均照度と側壁面の遮光率に基づいて算出することができる。【００１６】  本発明に係る誘電体バリア放電ランプの点灯方法は、内部にエキシマ発光のための放電用ガスを封入し、平坦な面を有する下壁板を通して紫外線を下方に照射する放電管と、この放電管の外部の少なくとも一方に電極を備えた誘電体バリア放電ランプの点灯方法であって、  この放電管における下壁板の周囲の長側面に位置する壁面から放電管の外部へと放射される紫外線の平均照度が５０ｍＷ／ｃｍ２以下であることを特徴とする。図６の結果より、固化付着物は紫外線遮光率が約５０％を超えたあたり、つまり、放電管の外部へと放射される紫外線の平均照度が５０ｍＷ／ｃｍ２以下となったあたりから減少を始めていることが分かる。より好ましくは、放電管の外部へと放射される紫外線の平均照度が３０ｍＷ／ｃｍ２以下となるように点灯することが望ましく、さらに好ましくは、１０ｍＷ／ｃｍ２以下となるように点灯することが望ましい。【００１７】  被照射対象物に照射する光の照度が小さくてもよい場合、また、下壁板から照射された光を集光した後に被照射対象物に照射する場合、放電ランプ全体としての照度を低くすることで、下壁板の周囲の長側面に位置する壁面から放電管の外部へと放射される紫外線の平均照度を５０ｍＷ／ｃｍ２以下とすることができる。また、放電ランプ全体としての照度を低くすることに加え、下壁板の周囲の長側面に位置する壁面を遮光部材で構成することによって、下壁板の周囲の長側面に位置する壁面から放電管の外部へと放射される紫外線の平均照度が５０ｍＷ／ｃｍ２以下となるように点灯してもよい。【００１８】  本発明に係る誘電体バリア放電ランプにおいて、遮光部材として、透明部材と遮光膜とを含む部材を用いることができる。遮光膜は透明部材を通して外部に照射される紫外線を遮光できる位置に配置されていればよく、例えば、透明部材の表面に遮光膜を形成した構成とすればよい。透明部材には、合成石英板や溶融石英板などを用いることができる。放電管全体を合成石英板などの同一の透明部材で構成した後に、この放電管における下壁板の周囲の長側面に位置する壁面に対して、遮光膜を���成するのが好ましいが、下壁板と透明部材が必ずしも同一の部材である必要は無い。このように、遮光部材を透明部材と遮光膜とで構成することで、放電管の強度等の物理的性質は透明部材側に、紫外線に対する遮光性は遮光膜側により、容易に調整することができる。【００１９】  さらに、この透明部材として、紫外線遮光性を有する酸化物の微粒子を溶剤に混濁させたスラリー（混濁液）の焼成物を用いることができる。この遮光膜は、放電管の内側に形成してもよく、外側に形成してもよい。この微粒子の一次粒子径は、３μｍ以下であることが好ましい。粒子径の小さな微粒子を遮光膜の材料に用いることで、粒子径の大きなものを用いた場合に比べて、粒子間の空間が少ない、粒子が密に並んだ遮光膜を形成することができる。その結果、紫外線が粒子間の空間を通り抜ける確率が減少するため、容易に紫外線遮光率を上げることができる。さらに、遮光率全体の遮光率のむらを減らすことができる。【００２０】  溶剤には、アルコール類（エタノール、イソプロピルアルコール、ｎ−ブタノールなど）、キシレン、トルエンなどを用いることができる。また、超微粒子を溶剤中に分散させるために、ポリカルボン酸部分アルキルエステル系、ポリエーテル系、多価アルコールエステル系などの界面活性剤を添加するとよい。【００２１】  また、好ましくは、酸化物の微粒子の一次粒子径は、１０〜１００ｎｍであるとよい。微粒子の粒子径が１００ｎｍより大きいと、スラリー中の分散性が悪くなり、不均一な遮光膜となるおそれがある。さらに、粒子間の空間が広がるため、紫外線遮光率が低下してしまう。また、微粒子の粒子径が１０ｎｍより小さいと、粒子の表面エネルギーが高く、粒子同士が凝集してスラリー中に沈殿してしまうためである。【００２２】  さらに、好ましくは、酸化物の微粒子は、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を主成分とするとよい。酸化イットリウムは、紫外線吸収性を有し、かつ絶縁体である。そのため、放電管の内側に遮光膜を設ける場合は、紫外線遮光性を有するとともに、放電中に放電管内で異常放電を起こさない遮光膜を形成することができ、放電管の外側に遮光膜を設ける場合は、放電管の外部に備えられた電極との電気的な接触を気にしなくて良い。酸化イットリウムの他に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）や、酸化チタン（ＴｉＯ２）をシリカ（ＳｉＯ２）でコーティングしたものを主成分とする超微粒子を使用してもよい。これらの材料は、キセノンガスを放電ガスとした際の１７２ｎｍを中心波長とする真空紫外光に対して、有用である。【００２３】  また、本発明に係る誘電体バリア放電ランプに用いる遮光膜が、主として紫外線吸収性によって遮光をすると好ましい。なぜなら、遮光膜を薄くすることができるからである。紫外線反射性は紫外線吸収性に比べると、膜厚に対する依存性が高い。そのため、紫外線反射性を有する遮光膜によって遮光率を５０％以上にするためには、紫外線吸収性を有する遮光膜を用いた場合に比べて、より厚膜である必要がある。特に、遮光率を７０％以上、９０％以上とした際、その差は顕著である。下壁板の周囲の長側面に位置する壁面に厚膜の遮光膜を形成した場合、放電管の保温効果が上がる結果、ランプ点灯時に放電管内���温度が上昇し、発光効率が低下してしまう。さらに、厚い膜となるほど、透明部材と遮光膜との熱膨張率の差により、ランプ点灯時に遮光膜に亀裂が入りやすくなる。そのため、好ましくは遮光膜の膜厚が１０μｍ以下であるとよい。なお、ここで示す「主として紫外線吸収性によって遮光をする」とは、「反射」や「屈折」による遮光率に比べて、「吸収」による遮光率の方が大きい場合のことである。主として紫外線吸収性によって遮光する材料として、例えば、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）などが挙げられ、また、これらを複合材料としたものを用いてもよい。【００２４】  また、下壁板を合成石英板で構成する一方、下壁板の周囲の四側面（前後方向及び左右方向の両側壁面）或いは上壁板を溶融石英板で構成してもよい。溶融石英板は、合成石英に比べて不純物を多く含んでいるため、通常、真空紫外線に対する遮光率が７０％以上であり、さらに、加熱することで合成石英との溶着も容易であるため、遮光部材として適している。【００２５】  或いは、発光管自体は全体を合成石英板で構成するが、下壁板の周囲の四側面（前後方向及び左右方向の両側壁面）或いは上壁板の表面を例えば遮光率７０％以上になるまで粗面化してもよい。粗面化とは鏡面状態の壁面と比べて表面粗さを大きくすることであり、フッ酸などを接触することにより化学的に浸食させて表面を粗面化する方法と、サンドブラストなど微粒子を吹き付けることにより物理的に鏡面状態を失わせて表面を粗面化する方法がある。【００２６】  本発明に係る誘電体バリア放電ランプは、エキシマ発光を生じさせるための電力を出力する電源装置と、前記電源装置からの電力を供給するためのリード線とを用いることで、紫外線照射装置とすることができる。このような紫外線照射装置によって、被照射面に有機ケイ素化合物の層が形成されている被照射対象物を照射する場合、大気中にもともと浮遊している有機ケイ素化合物に加えて、被照射対象物からも有機ケイ素化合物が飛来するため、放電管の壁面に飛散物がより飛来しやすくなる。そのため、被照射面の一部に有機ケイ素化合物の層が形成された被照射対照物を用いる場合、飛散物の付着の抑制や固化防止作用が顕著となる。なお、有機ケイ素化合物は、被照射対象物に対してレジストを施す場合に、被照射対象物とレジストとの密着性を向上させるための中間層として用いられることがある。
【発明の効果】
【００２７】  本発明に係る誘電体バリア放電ランプによると、この放電管における下壁板の周囲の長側面或いは四側面に位置する壁面が、紫外線を少なくとも５０％以上遮光する遮光部材で構成されるため、遮光部材で構成した放電管の壁面に飛来する飛散物の付着が抑えられ、かつ固化することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第１の実施形態を示すものであって、誘電体バリア放電ランプの長尺な中央部を省略した斜視図
【図２】第１の実施形態を示すものであって、（ａ）は、図１の放電管１ａを長尺の中心軸で切断して側面方向から見た断面図、（ｂ）は、誘電体バリア放電ランプの長尺方向の断面図、（ｃ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、いずれも図１及び図２に示す誘電体バリア放電ランプの放電管１における下壁板の周囲の四側面に位置する内壁面に、紫外線遮光膜を形成する様子を示す図
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２の実施形態及びその変形例を示すものであって、誘電体バリア放電ランプの長尺方向の断面図
【図５】本発明の第３の実施形態を示すものであって、誘電体バリア放電ランプの長尺な中央部を省略した斜視図
【図６】紫外線の遮光率に対する固化付着物の膜厚の関係を表すグラフ
【図７】第４の実施形態の紫外線照射装置の側断面図
【図８】（ａ）第４の実施形態のバリア放電ランプであって、図７の紫外線照射装置の放電管の長さ方向に垂直な面における断面図  （ｂ）（ａ）に示す第４の実施形態のバリア放電ランプの第１の変形例
【図９】図８（ａ）に示す第４の実施形態のバリア放電ランプの第２の変形例
【図１０】実験装置の概略図
【図１１】測定装置の概略図
【発明を実施するための形態】
【００２９】  以下、図面を参照して本発明の各実施形態について説明する。同一又は同類の部材には同一の符号を用いるか又は添字のみ異ならせて表示するものとし、重複した説明を省略しているが、各実施形態の記載は本発明の技術的思想を理解するために合目的的に解釈され、実施形態の記載に限定解釈されるべきものではない。
【００３０】（第１の実施形態）  図１及び図２は、本発明の第１の実施形態を示すものであって、誘電体バリア放電ランプの長尺な中央部を省略した斜視図である。図２（ａ）は、図１の放電管１ａを長尺の中心軸で切断して側面方向から見た断面図である。図２（ｂ）は、誘電体バリア放電ランプの長尺方向の断面図、すなわち図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図２（ｃ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【００３１】  この誘電体バリア放電ランプの放電管１は略方形箱形で長尺な合成石英製ガラス製の角管１ａの両端開口部に、この角管１ａの横断面とほぼ同じ形状の合成石英ガラス製の前後端壁板１ｂ、１ｂをそれぞれ溶着して塞ぐことにより形成される。内部にはキセノンガスが封入されている。角管１ａは、横断面の上下方向の高さが十数ｍｍであり、左右方向の幅が数十ｍｍの方形の管であって、前後方向の長さは例えば１ｍ以上となる。従って、この角管１ａは、上下で向かい合う平坦な上下壁板と左右方向で向かい合う平坦な左右側壁板とで構成される。この角管１ａの両端開口部に溶着される前後端壁板１ｂ、１ｂには、事前にそれぞれチップ管１ｃ、１ｃが突設されている。各チップ管１ｃは、前後端壁板１ｂの外面からさらに外側に突出するように溶着された溶融石英ガラス製の管材であり、管内がこの前後端壁板１ｂのほぼ中央部に予め形成された開口孔に通じるように設けられている。この放電容器１は、角管１ａの両端開口部に前後端壁板１ｂ、１ｂを溶着する前又は後に、この角管１ａの上下壁板の外面に電極２，３の金属薄膜が成膜される。電極２は、誘電体バリア放電ランプが放射する真空紫外線の強度を検査するためのセンサ用の未塗膜部を除けば、角管１ａの上壁板の上面のほぼ全面を覆うように成膜される。また、電極３は、この角管１ａの下壁板の下面のほぼ全面に網目状のパターンで成膜される。
【００３２】  この放電管１における下壁板の周囲の四側面に位置する四方の内壁面には、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を含むスラリーを焼成して得られる紫外線遮光膜４ａが設けられている。この膜は、１７２ｎｍの真空紫外線を遮光することができるものであり、遮光率は膜厚によって調整することができる。そして、電源装置に接続することで紫外線照射装置を構成し、リード線を介して電極に所定の電力を印加することで誘電体バリア放電ランプが点灯し、この平坦な下壁板を通して図２（ａ）、（ｂ）の矢印の方向へ、図２（ｃ）では紙面垂直下方に、１７２ｎｍの真空紫外線が照射される。
【００３３】  図３（ａ）及び（ｂ）は、いずれも図１及び図２に示す誘電体バリア放電ランプの放電管１における下壁板の周囲の四側面に位置する内壁面に、紫外線遮光膜を形成する様子を示している。まず、角管１ａを図のように側面が下になるように傾けてチップ管１ｃから酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を含むスラリーを注入し、乾燥させる。この作業を両側面及び前後端壁板について実施した後、５００℃で３０分間焼成する。その後、チップ管１ｃから排気して放電用ガス（例えばキセノンガス）を注入し、内部に放電用ガスを充填する。そして、双方のチップ管１ｃの先端部を溶融封止させて内部を密閉する。その後、電極用の金属を蒸着してパターニングし、最後にフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）を蒸着することで電極を保護するためのコーティング膜を形成し、放電管が完成する。なお、一次粒子径が３３ｎｍである酸化イットリウムを１０重量％含む、ＹＡＰ１０ＷＴ％−Ｘ４８０（ＣＩＫナノテック製）を原液とし、この原液をｎ−ブタノールで希釈したものをスラリーとして使用する。希釈の程度を変えることで、紫外線遮光膜の遮光率を変化させることができる。
【００３４】−実験−  ここで、上述した製造方法に従って酸化イットリウムの膜厚のみが異なる６種類の放電管を試作して、その管壁に付着する固化した固化付着物（白粉）の付着量と固化の程度を調べた。実験条件は以下の通りである。（１）供試ランプ  Ａ．試作ランプ１・・・側面紫外線遮光膜（酸化イットリウム）形成                        遮光率９９％（希釈なし）                        下壁板からの平均照度１０１ｍＷ／ｃｍ２                        側壁面からの平均照度１ｍＷ／ｃｍ２  Ｂ．試作ランプ２・・・側面紫外線遮光膜（酸化イットリウム）形成                        遮光率９０％（４倍希釈）                        下壁板からの平均照度９８ｍＷ／ｃｍ２                        側壁面からの平均照度１０ｍＷ／ｃｍ２  Ｃ．試作ランプ３・・・側面紫外線遮光膜（酸化イットリウム）形成                        遮光率７１％（６倍希釈）                        下壁板からの平均照度１０１ｍＷ／ｃｍ２                        側壁面からの平均照度２９ｍＷ／ｃｍ２  Ｄ．試作ランプ４・・・側面紫外線遮光膜（酸化イットリウム）形成                        遮光率５６％（１０倍希釈）                        下壁板からの平均照度１０７ｍＷ／ｃｍ２                        側壁面からの平均照度４７ｍＷ／ｃｍ２  Ｅ．試作ランプ５・・・側面紫外線遮光膜（酸化イットリウム）形成                        遮光率３０％（２０倍希釈）                        下壁板からの平均照度１０４ｍＷ／ｃｍ２                        側壁面からの平均照度７３ｍＷ／ｃｍ２  Ｆ．従来品      ・・・遮光率０％                        下壁板からの平均照度１０９ｍＷ／ｃｍ２                        側壁面からの平均照度１０９ｍＷ／ｃｍ２（２）電源：ランプ印加ピーク電圧３．８ｋＶ，駆動周波数７０ｋＨｚ（概略矩形波）
【００３５】（３）照射器具：  図１０は、実験装置の概略図を示す。なお、矢印は、流体の流れ方向を示す。図１０に示すように、照射器具５０は、容器５６内に、上記６種類のいずれか１つの供試ランプ５４を、ダミー基板５３とパンチングメタル板５５との間に配置し、バブリング容器５１からＨＭＤＳを含有する窒素ガスを、容器５６の横側から空気Ａ１、Ａ２をそれぞれ流入し、照射後の排気ガスＥを排出するように構成している。バブリング容器５１は、ＨＭＤＳ５２を内部に貯留している。ＨＭＤＳを含有する窒素ガスは、そのＨＭＤＳ５２の内部にノズルで窒素ガスＮ（Ｎ２）を流入させて得、配管を介して照射器具５０に流入させる。このとき、ＨＭＤＳの含有量は、バブリング容器５１の温度を２０℃の一定に保った状態で、ＨＭＤＳ５２内を通過させる窒素ガスの気泡の大きさと、その気泡の上昇距離、つまり、窒素ガスがＨＭＤＳ５２に流入するノズルの先端から液面までの距離とにより調整する。ＨＭＤＳ５２は、窒素ガスＮの流入量に伴って減少するため、実験が終了するまで適宜補給する。（４）ＨＭＤＳ：常時供給（５）Ｔｏｔａｌ窒素量：５０Ｌ／ｍｉｎ（６）点灯時間：１０００時間
【００３６】（７）照度測定：  紫外線照度計（ＵＩＴ１５０／ＶＵＶ−Ｓ１７２、ウシオ電機製）にて、放電管の下壁板の表面照度を５箇所測定し、その平均値を平均照度とする。その際、測定箇所は、一対の電極が対向する領域（放電空間に相当する領域）を長尺方向に５等分し、その中央付近とする。従って、測定箇所はおおむね等間隔に設定されている。  また、ここでは、側壁面の平均照度は、下壁板の平均照度と側壁面の遮光率（１−Ｉ／Ｉ０）とを用いて算出する。側壁面の遮光率が（１−Ｉ／Ｉ０）で表されるとき、側壁面の透過率がＩ／Ｉ０であるため、下壁板の平均照度Ｅと側壁面の透過率Ｉ／Ｉ０とを乗ずることによって、側壁面の平均照度が求まる。
【００３７】−結果−  表１は、１０００時間後の実験結果を示している。側面の紫外線を９０％遮光した試作ランプ２は白粉付着量が少なく、そのときのガラス化膜厚が１５μｍであり、ガラス化（固化）がわずかに見られた。側面の紫外線を７１％遮光した試作ランプ３も白粉付着量が少なかったが、そのときのガラス化膜厚が６９μｍであり、ガラス化が少し見られた。側面の紫外線を５６％遮光した試作ランプ４は白粉付着量が試作ランプ３よりも多めであり、そのときのガラス化膜厚が１５９μｍであった。これらに対し、側面の紫外線を３０％遮光した試作ランプ５は、白粉付着量が試作ランプ４よりも多く、そのときのガラス化膜厚が３０６μｍであった。また、側面の紫外線を遮光しなかった従来のランプは、白粉付着量が非常に多く、そのときのガラス化膜厚が３００μｍであった。これらの事実から、以下のことが明らかとなった。    １．側面の遮光は白粉付着量を低下する効果がある。    ２．側面の５６％以上の遮光は、ガラス化（固化）防止効果がある。傾向からみて、５０％以上で効果があると認められる。７１％以上で顕著であり、９０％以上でさらに顕著である。この結果は図６のグラフともよく一致するものである。
【００３８】
【表１】
2011078181.tif 000003
【００３９】  このように、放電管の側面に有機ケイ素化合物が付着しても、紫外線を遮光することでそこからなるべく化学反応が進行しないようにして、強固なガラス質の付着物を抑えることができる。付着物そのものの量が少なくなるのは、側面近傍の空間中で白粉そのものができにくいことによるものと考えられる。
【００４０】（第２の実施形態）  図４（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２の実施形態及びその変形例を示すものであって、誘電体バリア放電ランプの長尺方向の断面図である。第１の実施形態では下壁板の周囲の四側面に位置する内壁面に遮光膜を設けた態様を説明したが、この図に示すように、放電管の外周に紫外線遮光膜４ｂを設けてもよい。なお、図示は省略するが前後端面にも遮光膜が設けられている。遮光膜として、金属酸化物の焼結体を用いる場合は、電極形成工程の前に遮光膜の塗布・乾燥・焼成工程を実施することが好ましい。電極パターン形成後に焼成工程を行うと電極を劣化させるなどの不都合が生じるおそれがあるためである。但し、熱処理工程が不要であれば、電極形成後に放電管の側面部に遮光膜を形成してもよい。放電管の内部に遮光膜を形成する場合よりも製造工程の自由度が増し、遮光膜の材料選択の幅も広がると考えられる。
【００４１】−変形例−  或いは、図４（ｂ）に示すように、下壁板の周囲の四側面に位置する内壁面自体を遮光部材で構成し、上下壁板と溶着或いはガラスフリットなどにより、接着してもよい。この場合、下壁板を合成石英板で構成する一方、下壁板の周囲の四側面（前後方向及び左右方向の両側壁面）或いは上壁板を溶融石英板４ｃで構成してもよい。溶融石英は天然石英（天然シリカ）を溶融して板状に固化したものであり、不純物を多く含むため真空紫外線に対して通常遮光率７０％以上の高い遮光率を有し、かつ加熱することで合成石英との溶着も容易であるからである。遮光部材として、天然石英に変えて、セラミック板を用いても同等の効果が得られる。この場合、合成石英と溶着することはできないため、接合剤としてガラスフリットを用いることができる。
【００４２】  このような構成とすることにより、放電管の側面に有機ケイ素化合物が付着しても、紫外線を遮光することにより、そこからなるべく化学反応が進行しないようにして、強固なガラス質の付着物の形成を抑えることができる。
【００４３】（第３の実施形態）  図５は、本発明の第３の実施形態を示すものであって、誘電体バリア放電ランプの長尺な中央部を省略した斜視図である。図５（ａ）は、図１の放電管１ａを長尺の中心軸で切断して側面方向から見た断面図である。図５（ｂ）は、誘電体バリア放電ランプの長尺方向の断面図、すなわち図５（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図５（ｃ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【００４４】  第３の実施形態では、発光管自体は全体を合成石英板で構成するが、平坦な下壁板の周囲の四側面（前後方向及び左右方向の両側壁面）或いは上壁板の表面を例えば遮光率７０％以上になるまで粗面化する。粗面化とは鏡面状態の壁面の表面粗さを大きくすることであり、粗面化の方法としては、例えば、フッ酸を接触することにより化学的に浸食させて表面を粗面化する方法と、サンドブラストなど微粒子を吹き付けることにより物理的に鏡面状態を失わせて表面を粗面化する方法等がある。
【００４５】  図５（ａ）に示すように、下壁板の周囲の四側面（前後方向及び左右方向の両側壁面）に紫外線遮光作用を有する粗面４ｄが形成される。フッ酸を接触する方法は、第１の実施形態において上述したスラリーの注入工程と同様に、チップ管１ｃから放電管内にフッ酸を注入し、下壁板の周囲の四側面（前後方向及び左右方向の両側壁面）或いは上壁板をフッ酸で溶解させ、表面を粗面化すればよい。このようにしても、側面部から真空紫外線が露出しなくなり、放電管の側面に有機ケイ素化合物が付着しても、紫外線を遮光することでそこからなるべく化学反応が進行しないようにすることで強固なガラス質の付着物を抑えることができる。
【００４６】  紫外線遮光作用を有する粗面４ｄの形成には、フッ酸を用いた化学的な処理に代えて、サンドブラストを吹き付けることで物理的な処理を用いてもよい。
【００４７】（第４の実施形態）  以上の第１〜第３の実施形態では、いずれも放電管の形状がいずれも略方形箱形で長尺な角管を持つ誘電体バリア放電ランプとこれを用いた紫外線照射装置について説明してきたが、本発明は、このような形状に限らず、前面ガラスを備えずかつ平坦な面を有する下壁板を通して真空紫外線を下方に照射することを特徴とする半開放型の紫外線照射装置であれば全て適用可能である。第４の実施形態では本発明の他の実施形態について説明する。
【００４８】  図７及び図８は、図７は紫外線照射装置の側断面図を示し、図８は、図７の紫外線照射装置の放電管の長さ方向に垂直な面における断面図を示している。図７に示す紫外線照射装置１０は、バリア放電ランプ１１と交流電源装置２２とがリード線２０、２１を介して接続されてなる。バリア放電ランプ１１の放電管１２は外管部１３と内管部１４とからなる二重管構造となっており、外管部１３と外管部１３の内部に挿入された内管部１４とを備えている。
【００４９】  図８に示すように、外管部１３は、細長の円筒において外周壁の円弧の一部を潰して平坦化したようなアーチ状の曲面部１５と、この曲面部１５における円弧の両端縁を繋ぐ平板状の平坦部１６（下壁板）とを備えている。この平坦部１６を通して真空紫外線を照射する。曲面部１５と平坦部１６とが接合する角部分１５Ａには丸みが付けられている。一方、内管部１４は、外管部１３よりも径の小さい円筒状であり、平坦部１６の内壁面上において側方向の中心位置に配されている外管部１３と内管部１４とは、両端で互いに接合されており、両者に囲まれた放電空間１７内にはキセノンガスなどの放電用ガスが封入されている。
【００５０】  この放電管１２の外部には電極１８、１９が設けられている。これら一対の電極のうち上部電極１８は、外管部１３におおける曲面部の外壁面に固着された金属膜からなる。なお、上部電極１８の材質としては、紫外線を反射するものを使用することが好ましい。このような材質のものとしては、例えばアルミニウムを使用することができる。上部電極１８の膜厚は、反射率が高い方が好ましく、少なくとも７０％以上、より好ましくは９０％以上遮光して外部に紫外線を透過させない膜厚であることが好ましい。一方、下部電極１９はニッケル線からなり、内管部１４の内部にほぼ全長にわたって差し込まれている。下部電極１９は、上部電極１８上の各点から等距離の位置に設けられている。これらの電極１８、１９にリード線２０、２１の一端部が接続され、これらのリード線２０、２１の他端部は交流電源装置に接続されている。
【００５１】  図８（ａ）に示すように、この外管部１３における平坦部１６の周囲の四側面に位置する四方の内壁面には、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を含むスラリーを焼成して得られる紫外線遮光膜４ｅが設けられている。この膜は、１７２ｎｍの真空紫外線を遮光することができるものであり、遮光率は膜厚によって調整することができる。
【００５２】  紫外線遮光膜４ｅは、少なくとも５０％以上、より好ましくは７０％以上、さらに好ましくは９０％以上遮光する遮光部材で構成されることが好ましい。また、図８に例示するように、紫外線反射膜としての機能を兼ねる上部電極１８の端部１８Ａと一部オーバーラップするように紫外線遮光膜を設けることが好ましい。このようにすれば、外管部１３の外部に漏れ出る紫外線を紫外線反射膜４ｅによって確実に遮光することができ、外管部１３の表面に飛散物が付着しても、そこからなるべく固化が進行しないようすることができる。この点は以下の変形例１及び２においても同様である。
【００５３】−変形例１−  図８（ｂ）は、図８（ａ）に示す第４の実施形態のバリア放電ランプの第１の変形例を示している。この図に示すように、このバリア放電ランプ３０は、放電管３１の構造が、内管部の無い単管構造となっており、上部電極３４は放電管３１のアーチ状の曲面部３２上に設けられ、下部電極３５が平坦部３３（下壁板）に設けられている。この平坦部３３の周囲の四側面に位置する四方の内壁面には、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を含むスラリーを焼成して得られる紫外線遮光膜４ｆが設けられている。この膜は、１７２ｎｍの真空紫外線を遮光することができるものであり、遮光率は膜厚によって調整することができる。
【００５４】−変形例２−  図９は、図８（ａ）に示す第４の実施形態のバリア放電ランプの第２の変形例を示している。この図に示すように、このバリア放電ランプ４０は、放電管４１の構造が、外管部４２と内管部４３とからなる二重管構造となっており、上部電極４７は放電管４１のアーチ状の曲面部４４上に設けられ、下部電極４８は内管部１４の内部にほぼ全長にわたって差し込まれている。下部電極４８は、上部電極４７上の各点から等距離の位置に設けられている。これらの電極４７、４８にリード線２０、２１の一端部が接続され、これらのリード線２０、２１の他端部は交流電源装置に接続されている。また、放電管４１の平坦部４５（下壁板）における、外管部の外側表面には、ほぼ全面にわたって、補助電極４９が設けられている。この補助電極４９が、一対の電極４７、４８間での主放電を補助する。補助電極４９は放電管４１の内側から放射される光をできるだけ遮らないようにメッシュ状に形成され、放電管４１の長さ方向の全長にわたって設けられる。
【００５５】  そして、平坦部４５の周囲の四側面に位置する四方の内壁面には、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を含むスラリーを焼成して得られる紫外線遮光膜４ｇが設けられている。この膜は、１７２ｎｍの真空紫外線を遮光することができるものであり、遮光率は膜厚によって調整することができる。
【００５６】  以上のように、本発明に係る誘電体バリア放電ランプは前面ガラスを必要としない半開放型の紫外線照射装置であれば、厳密な意味での略方形箱形の放電管に限られず、断面がアーチ状の放電管にも適用可能である。さらにこの場合、放電管の構造が、二重管構造、単管構造を問わず、二重管構造の場合、補助電極が設けられていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５７】  本発明に係る誘電体バリア放電ランプは前面ガラスを必要としない略方形箱形の誘電体バリア放電ランプであるため製造コストを抑えることができるだけでなく、長尺方向（前後方向）の両側壁面に歪みが集中することを防止して放電管の寿命を伸ばすことができる点で、産業上の利用可能性は大きい。
【符号の説明】
【００５８】１  放電管２  上部電極３  下部電極４  遮光部材  ４ａ  紫外線遮光膜  ４ｂ  紫外線遮光膜  ４ｃ  溶融石英板  ４ｄ  紫外線遮光作用を有する粗面  ４ｅ〜４ｇ  紫外線遮光膜１０  紫外線照射装置１１、３０、４０  バリア放電ランプ１２、３１、４１  放電管１３、４２  外管部１４、４３  内管部１５、３２  アーチ状の曲面部１６、３３、４５  平坦部１７  放電空間１８、３４、４７  上部電極１９、３５、４８  下部電極２０、２１  リード線２２  交流電源装置４９  補助電極５０  照射器具５１  バブリング容器５２  ＨＭＤＳ（ヘキサメチレンジシラザン）５３  ダミー基板（ＳＵＳ）５４  供試ランプ５５  パンチングメタル板６０  測定装置６１  放電管６２  定盤６３  放電管固定台６４  マイクロメーター固定台６５  マイクロメーターＡ１、Ａ２  空気Ｎ  窒素ガスＥ  排気ガス
【図１】
2011078181.tif 000004
【図２】
2011078181.tif 000005
【図３】
2011078181.tif 000006
【図４】
2011078181.tif 000007
【図５】
2011078181.tif 000008
【図６】
2011078181.tif 000009
【図７】
2011078181.tif 000010
【図８】
2011078181.tif 000011
【図９】
2011078181.tif 000012
【図１０】
2011078181.tif 000013
【図１１】
2011078181.tif 000014
【国際調査報告】
2011078181.tif 000015
2011078181.tif 000016
2011078181.tif 000017
2011078181.tif 000018
2011078181.tif 000019
2011078181.tif 000020
2011078181.tif 000021